動的耐震診断
動的耐震診断とは、建築物に対して地震動や外部振動を加え、その応答特性を実測・解析することで耐震性能を評価する手法である。建物内部に取り付けたセンサーや建物外からの人工振動、もしくは微動測定によるデータをもとにして構造の変位や剛性、減衰特性を推定し、耐震補強の必要性や補強工事の効果を客観的に把握することが可能となる。従来の静的解析のみでは把握しきれない細部の挙動を捉えるため、建物が地震時にどのような振動モードを示すか、強度がどの程度余裕を持っているかなど、精度の高い耐震評価が行いやすいことが特徴である。
定義と概要
動的耐震診断は、建物の固有振動数や減衰定数などの振動パラメータを実際の計測を通じて取得し、その実測値を解析に反映することで精密な耐震診断を行う方法である。一般的には建物への振動入力がどの程度であっても、構造全体の挙動を詳細に検討できるため、静的な設計条件だけで評価するよりも現実的な安全性の見極めが期待される。特に高層ビルや大規模複合施設など、振動特性が複雑になりがちな構造物において、大きな利点を発揮するとされている。
従来工法との違い
通常の耐震診断では、建物に仮定した荷重を静的に与えて構造体の応力や変形を評価する方法が一般的であった。しかし動的耐震診断では、地震動や人為的に発生させた振動を加え、実際の応答波形を取得して耐震性能を推定する点が従来工法と大きく異なる。これにより、非線形領域での挙動や建物特有の減衰特性をより正確に把握できると同時に、建物固有の振動モードや各層の変形分布など、詳細な構造特性をデータとして収集できるというメリットがある。
実施手順
動的耐震診断を実施する場合、まずは建物の既存図面や使用材料の強度特性など基礎情報を整理し、評価対象となる構造部分を明確化する。次に、実測用のセンサー（加速度計や変位計など）を要所へ設置し、計画的に振動を加えて応答を記録する。本番の振動試験では、ジャンピングマシンやインパクトハンマーなどの装置で微小振動を与える手法や、通行車両や風などの環境振動を活用する手法が採用されることもある。得られた振動データをもとにモデルを構築し、最終的に耐震性能や修復・補強の必要性を検討する流れとなる。
測定技術と機器
動的耐震診断に用いられる測定機器としては、高感度の加速度計や変位計が代表的である。これらのセンサーを建物各階の梁や柱に取り付けることで、地震動レベルだけでなく、人の歩行や環境雑音程度の微小な振動までも捕捉できるケースがある。また、無線通信を利用してデータをリアルタイムに集約するシステムや、クラウド上で解析するサービスなども普及しつつあり、既存構造物を含めた検証・観測作業の効率化に寄与している。センサー自体の耐久性や校正管理も重要であり、長期モニタリングを視野に入れた場合には、設置と保守の両面で慎重な計画が不可欠である。
解析方法
動的耐震診断で得られた観測データを解析する手法には、モーダル解析や時刻歴解析などがある。モーダル解析では固有振動数や振動モード形状を特定し、各モードの寄与度を評価することで、構造全体の振動挙動を把握する。時刻歴解析では、地震波形や取得した応答記録を時間軸で追跡し、各瞬間の変形や応力分布を算出して構造の脆弱部位を特定する。いずれの場合も、実測データを反映した数値モデルが構築されるため、仮定条件だけでは得られない現実的な診断結果を期待できるとされている。
適用範囲と課題
動的耐震診断は、木造住宅から超高層ビル、橋梁、プラント施設など幅広い構造物に対して適用可能である。ただし、現場設置や機器の準備などに手間とコストがかかる場合もあり、建物の規模や種類によっては静的診断だけで十分なケースも存在する。また、振動試験のためのスペース確保や周辺環境への配慮が必要であり、実施条件を綿密に検討することが求められる。さらに、大規模解析には専門的なソフトウェアと高度な技術が必要であり、結果を正しく解釈するためにも豊富な経験と知識を持つ技術者の関与が不可欠である。